DE2720006B2 - Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche - Google Patents
Einrichtung zur Überwachung der Lage einer NiveaugrenzflächeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche einer leitenden
Flüssigkeit der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Solche Einrichtungen werden insbesondere eingesetzt, um den Schaumpegel in einer Flotationszelle zu
überwachen, wie sie für die Trennung von Mineralerzen eingesetzt wird. In diesen Zellen werden die Flüssigkeiten,
welche die abzutrennenden Feststoffe enthalten, mit Luft beschickt und in Atiwesenheit eines
Schäummittels gerührt. Dadurch entsteht auf der Flüssigkeit eine Schaumschicht, in der das gesuchte
Erz konzentriert ist. Die Schaumschicht wird in üblicher Weise von dem Rand der Zellen in einen getrennten
Behälter abgestrichen, so daß der Schaum in diesem Behälter zusammensinken und die Feststoffe
abgeschieden werden können.
Um den Wirkungsgrad dieses Aufbercitungsverfahrens auf dem Optimum zu halten, sollte s*ch der
in Schaumpegel auf einer konstanten Höhe befinden. Zu
diesem Zweck muß der mittlere Schaumpegel festgestellt werden, um durch Zusatz des Schäummittels die
Niveaugrenzfläche auf dem gewünschten Wert zu halten.
ι ί Es sind bereits verschiedene mechanische und elektrische
Einrichtungen entwickelt worden, um den Schaumpegel in solchen Flotationszellen zu messen
und zu steuern. Als Beispiel werden die Luftblasenröhren sowie die kapazitiven Nährungssonden ge-
_'(i nannt, wie sie in der US-PS 3471010 beschrieben
sind. Da jedoch der Schaum aufgrund seiner physikalischen
porösen Struktur nur einen sehr geringen physikalischen Widerstand bietet und die turbulente
Oberfläche des Schaums kurzzeitige Änderungen des
_>-i Niveaus verursacht, die vernachlässigt werden müssen,
um die tatsächliche Wirkung des Zusatzes von Schäummitteln me&sn zu können, konnten sich diese
Einrichtungen in der Praxis nicht durchsetzen.
Weiterhin ist aus der DE-PS 1222511 eine Vor-
Weiterhin ist aus der DE-PS 1222511 eine Vor-
iii richtung zur Niveauregelung in Farbkästen und dergleichen
von Druckmaschinen bekannt, bei der temperaturabhängige Widerstände verwendet werden.
Bei der Berührung der Farbe mit einem Abtastkopf ändert sich der Widerstandwert infolge der dabei auf-
i-> tretenden Temperaturänderung. Diese Widerstandsänderung
wird in üblicher Weise in einen Steuerimpuls umgewandelt, der einen entsprechenden Schaltvorgang
auslöst. Die elektrische Verarbeitung des erhaltenen Signals wird in dieser Druckschrift nicht näher
m\ erläutert. Außerdem ist diese Vorrichtung nicht für
die Ermittlung des Pegelstandes einer Schaumschicht geeignet, die sich auf einer Flüssigkeitsoberfläche befindet
und ständig starken Schwankungen unterworfen ist.
i, Schließlich ist aus der DE-AS 1 197241 eine Einrichtung
zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche einer leitenden Flüssigkeit der angegebenen
Gattung bekannt, bei der jeweils zwei Elektroden mit vertikalem Aostand übereinander angeordnet
vi werden müssen; dadurch gibt es immer ein Elektrodenpaar,
zwischen dem sich die Niveaugrenzfläche der Flüssigkeit befindet. Aufgrund eines Vergleiches der
Widerstände zwischen den benachbarten Elektrodenpaaren und diesem Elektrodenpaar wird mit Hilfe von
-,-, Relais eine Schaltungsanordnung verstimmt, und die
Feldwicklung eines Motors so lange erregt, bis eine Stellung erreicht wird, die anzeigt, daß sich das gesuchte
Niveau zwischen den beiden Elektroden befindet.
h0 Eine solche Einrichtung läßt sich nicht bei einer
Flüssigkeit einsetzen, auf deren Oberfläche sich eine Schaumschicht befindet, da der Schaum einen sehr
großen Luftanteil enthält und deshalb einen schwankenden physikalischen Widerstand hat. Der bei der
,-, bekannten Einrichtung erforderliche Widerstandsvergleich
läßi sich beim Vorhandensein einer Formschicht nicht mit der notwendigen Exaktheit durchführen.
Außerdem ist die auf der Flüssigkeit stehende
Schaumschicht ständig in Bewegung, so daß eine entsprechende Änderung der Niveaugrenzfläche auftritt.
Diese Schwankungen des Schaumpegels müssen jedoch bei der Messung unterdrückt werden, damit in
der Praxis die Auswirkung des Zusatzes von Schäummitteln exakt festgestellt werden kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche
einer leitenden Flüssigkeit der angegebenen Gattung zu schaffen, mit der sich der Pegel
einer Schaumschicht auf einer Flüssigkeitsoberfläche mit hoher Genauigkeit ermitteln läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.
Die mi£ der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgender Funktionsweise: Die durch alle Elektroden
erzeugten Ströme werden aufsummiert, wodurch sich eine Anzeige für die Gesamtzahl der Elektroden,
die im Kontakt mit dem Schaum stehen, ucd damit für die Tiefe des Schaums ergibt. Nur auf diese Weise
ist es möglich, den Pegelstand einer Schaumschicht auf einer Flüssigkeit zu ermitteln, was, wie erwähnt,
mit der bekannten Einrichtung nicht durchgeführt werden kann. Bei einer Flüssigkeit, der ständig
Schäummittel zugesetzt werden müssen, treten kontinuierliche und unregelmäßige Änderungen des Pegels
der Schaumschicht auf, so daß die Elektroden ständig in und außer Berührung mit der Schaumschicht kommen.
Um diese unregelmäßigen Schwankung«· η des Pegelstandes der Schaumschicht, die keine Änderung
der Lage der Niveaugrenzfläche anzeigen, zu unterdrücken, werden die Stromänderungen, die auf die
turbulente Oberfläche des Schaums zurückzuführen sind, zeitlich gemittelt, wodurch sich eine sehr exakte
Anzeige des für die Überwachung des Prozesses erforderlichen, mittleren Pegelstandes ergibt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Systems zur Steuerung
des Schaumpegels auf einer Flüssigkeitsoberfläche, und
Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild siner Einrichtung
zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche nach der vorliegenden Erfindung, die bei der Überwachung
des Schaumpegels eingesetzt wird.
In Fig. 1 ist ein schevnatisches System dargestellt,
mit dem der Schaumpegel in einer Zelle 10 gesteuert werden kar«n. Dieses System weist mehrere Elektroden
12 auf, die nacheinander mit der Oberseite des Schaums 14 in Kontakt kommen können, wenn der
Schaumpegel ansteigt; mit den Elektroden 12 ist eine Einrichtung 16 zur Überwachung des Schaumpegels
verbunden; an den Ausgang der Einrichtung 16 ist eine Schaumregeleinrichtung 18 angeschlossen, die
eine Vorrichtung 20 für die Ausgabe des Schäummittels regelt; die Vorrichtung 20 stellt die Menge des
Schäummittels ein, die der Flotationszelle 10 über die
Leitung 21 zugesetzt wird.
Die Einrichtung 16 zur Überwachung des Schaumpegels ist in Fig. 2 dargestellt. Eine Konstantstromquellc
20 ist durch einen elektronischen Schalter 22 mit jeder Elektrode 12 verbunden. Die Ausgänge aller
Konstantstromquellen 10 sind an einen Summier-Strom/Spannungs-Wanciler
24 angeschlossen, dessen
Ausgang mit einem geeigneten Anzeigegerät 26 und mit der Schaumregeleinrichtung 18 (s. Fig. 1) verbunden
ist.
Der elektronische Schalter 22 besteht aus einem Operationsverstärker OPl, der durch eine Quelle für
-I-15 Volt und eine Quellt! für - 15 Volt gespeist
wird. Der positive oder nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist geerdet, während seiner
negativer oder invertierender Eingang mit einer Elektrode 12 verbunden ist. Ein aus Widerständen Rl und
R2 bestehender Spannungsteiler ist so an die + 15 Volt bzw. — 15 Volt liefernden Quellen angeschaltet,
daß an die Gegenelektrode der Elektrode 12 (üblicherweise die längste Elektrode) eine Spannung
von ungefähr 10 Volt angelegt wird. Entgegengesetzt geschaltete Dioden Dl und Ό1 liegen zwischen dem
positiven und dem negativen Anschluß des Operationsverstärkers OPl, um als üblicher Schutz für den
Operationsverstärker zu dienen.
Der Ope/ationsverstärker OPl ist durch ein Vorspannetzwerk
28 negativ vorgesp,".;nt; dieses Vorspannetzwerk 28 besteht aus einer Dio Je Di, die in
Reihe mit einem Widerstand R3 zwischen der Quelle für - 15 Volt und Erde b:cw. Masse liegt. Das Vorspannetzwerk
gibt dem negativen Eingang des Operationsverstärkers durch den Widerstand A4 ein etwas
negatives Vorspannungspotential (etwa — 0,7 Volt), wenn sich die Elektrode nicht im Kontakt mit dem
Schaum befindet. Diese Potential wird durch den Operationsverstärker in dem Verhältnis des Widerstandswertes
eines Widerstandes R5, der in der Rückkopplungsschleife des Verstärkers liegt, zu dem Widerstandswert
des Widerstandes A4 verstärkt, so daß sich ein Ausgangssignal von ungefähr + 1,4 Volt ergibt,
wenn die Elektrode nicht im Kontakt mit dem Schaum ist.
Wenn jedoch der Schaum die Elektrode berührt, wird eine etwas positives Potential (ungefähr 0,7 Volt)
an den negativen Anschluß; des Operationsverstärkers angelegt; dieses Potential wird in dem Verhältnis des
Widerstandswertes des Widerstandes RS zu der Summe der Widerstandswerte der Elektrode und des
Schaums selbst verstärkt. Dieses Verhältnis ist relativ hoch, da der Widerstandswert der Elektrode und des
Schaums gering ist. Dadurch wird der Operationsverstärker OPl vollständig gesättigt, um ein Ausgangssignal
von etwas weniger als — 15 Volt zu liefern. Ein an den Widerstand RS genchalteter Kondensator Cl
dient in üblicher Weise als Hochfrequenzfilter. Durch die Verwendung des elektronischen Schalters 22, der
die Konstantstromquelle und die Elektrode verbindet, wird die Einrichtung zur Überwachung der Lage der
Niveaugrenzfläche im wesentlichen unempfindlich gegenüber der Leitfähigkeit des Schaums, wenn der
Operationsverstärker ein Ausgangssignal liefert, das in einer sehr kurzen Zeitspanne von Nu/! auf volle
Sättigung geht, und zwar ohne jede Beeinflussung durch die Größe des angelegten Eingangssignals.
Die Konstantstromquelle 20 besteht im wesentlichen aus einem Feldeffekttransistor FET, einer Diode
D4t einem Festwiderstand Ä6 und einem variablen
Widerstand Rl. Die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors
FET wird durch den Spannungsabfall an dem Festwiderstand /?6 und dem variablen Widerstand
Rl vorgespannt, so daß sich ein Konstantstrom-Ausgangssignal
ergibt, sobald der StromfluU durch die Diode D4 beginnt, wenn das Ausgangssignal
des Operationsverstärkers OfI einen negativen
Wert annimmt.
Der Summier-Strom/Spannungs-Wandler, der die
Summierung und zeitliche Mittelung durchführt, besteht aus einem Operationsverstärker OPl, der mit
den Quellen für die + 15 Volt und - 15 Volt verbunden ist. Der positive Eingang des Operationsverstärkers
OPl ist geerdet, während sein negativer Eingang mit allen Konstantstromquellen verbunden ist, um alle
Ströme als Anzeige für die Gesamtzahl der Elektroden, die sich in Kontakt mit dem Schaum befinden,
zu summieren. Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers wird durch einen Widerstand R8 gesteuert
und so ausgewählt, daß sich der volle Ausschlag des Meßgerätes 26 ergibt, wenn sich alle
Elektroden im Kontakt mit dem Schaum befinden. Der Ausgang des Operationsverstärkers OPl ist auch
durch den Ausgangswiderstand /?9 mit der oben erwähnten Schaumregeleinrichtung 18 verbunden.
Ein die Bildung des zeitlichen Mittelwertes durchführender Kondensator C2 ist an den Widerstand /?8
angeschlossen. Die turbulente Oberfläche des Schaums verursacht kurzzeitige Änderungen in dem
Eingangssignal des Operationsverstärkers OPl. Diese Änderungen haben die Form einer Folge von
Stufen. Diese kurzzeitigen Änderungen müssen ausgefiltert werden, damit die tatsächliche Wirkung des
Zusatzes des Schäummittels gemessen werden kann. Deshalb wird der an den Widerstand Ä18 angeschlossene
Kondensator Cl kontinuierlich aufgeladen und entladen und bewirkt damit, daß der Operationsverstärker
ein Ausgangssignal liefert, das diese kurzzeitigen Änderungen zeitlich ausmittelt. Eine solche
Stremmittelung ist sehr gut für die Bedingungen geeignet, die in einer typischen Flotationszelle auftreten.
Bei Untersuchungen ist festgestellt worden, daß die turbulente Oberfläche des Schaums eine feinere bzw.
genauere Auflösung des mittleren Pegels ermöglicht, weil sowohl der zeitliche Mittelwert als auch der Mittelwert
des Pegels gebildet werden. Eine Steuergenauigkeit von + f>,.15 mm kann erreicht werden, wenn
sich die Längen der Elektroden jeweils um 19,05 mm
unterscheiden.
In Abhängigkeit von den ausgewählten Unterschieden zwischen den Längen der Elektroden kann
das Ausgangssignal des Summier-Strom/Spannungs-Wandlers (24) zu einer linearen oder nicht-linearen
Funktion des mittleren Schaumpegeis gemachi werden. Darüber hinaus können die Elektroden in jeder
beliebigen Reihenfolge geschaltet werden, wenn eine lineare Beziehung zwischen dem Schaumpegel und
der Signalausgangsspannung gewählt wird.
Zweckmäßigerweise wird der Regelbereich des Steuersystems für den Schaumpegel auf die Zeitkonstante
der verschiedenen Flotationskreisläufe eingestellt. Dabei läßt sich der Soll-Wert des Regelsystems
von Kand oder durch einen Prozeßrechner verstellen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Einrichtung zur Überwachung der Lage einer
Niveaugrenzfläche einer in einem Behälter enthaltenen, leitenden Flüssigkeit mit mehreren,
elektrisch leitenden Elektroden, die in vertikaler Richtung unterschiedlich tief in den Behälter hineinragen
und mit der Flüssigkeit in Kontakt bringbar sind, sobald der Pegelstand der Flüssigkeit ansteigt,
mit einer Energiequelle für die Elektroden und mit einer Anzeigeeinrichtung für den Pegelstand,
gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:
a) Für jede Elektrode (12) ist eine getrennte. Konstantstromquelle (20) zur Erzeugung eines
konstanten Stroms vorgesehen, sobald die zugehörige Elektrode (12) Kontaktberührung
mit dem auf der Oberfläche der Flüssigkeit befindlichen Schaum aufweist;
b) an die Ausgänge aiier KonsiantstromqueHen
(20) ist ein Sumier-Strcm/Spannungs-Wandler
(24) zur Aufsummierung aller Ströme als Anzeige für die Gesamtzahl der Elektroden (12) angeschlossen;
c) eine Anordnung zur Bildung des zeitlichen Mittelwertes (OP2, C2) der Stromänderungen
als Anzeige für den mittleren Pegelstand des Schaums ist an ein Meßgerät (26) angeschlossen.
2. Einrichcjng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß
a) der Summier-Strom/Spannungs-Wandler einen Operationsverstia-ker 'OP2) mit einem
mit dem Ausgang aller Konstantstromquellen (20) verbundenen Eingang enthält;
b) die Anordnung zur Bildung des zeitlichen Mittelwertes der Stromänderungen einen
Kondensator (C2) mit vorher bestimmtem Wert aufweist, der in der Rückkopplungsschleife
des Operationsverstärkers (OP2) Hegt.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche I oder 2, gekennzeichnet durch einen elektronischen
Schalter (22), der jede Konstantstromquelle (20) mit den zugehörigen Elektroden (12) verbindet,
der einen Operationsverstärker (OP1) enthält, der ein vorher bestimmtes negatives Signal,
wenn sich seine zugehörige Elektrode (12) im Kontakt mit dem Schaum befindet und ein vorher
bestimmtes positives Potential erzeugt, wenn seinc zugehörige Elektrode (12) den Schaum nicht berührt.
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